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울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과
재질 특성 분석

민상아

조하늬

이재성**

I. 서론
II. 연구방법

1. 연구대상
2. 분석방법

III. 연구결과

1. 방사선 비파괴조사 결과
2. 금속학적 분석 결과

IV. 고찰
V. 결론

국문초록

울산 하대고분군에서는 동부의 전통을 이어 만든 영남지역 특유의 유견철부가

출토되었다.날 끝부분에 부채꼴 모양의 견부가 있는 이 철부는 장방형의 단조철부

와는 형태적 차이를 보이며, 철부를 제작하는 방법도 다른 것으로 알려져 있다. 그

러나 두 철부의 제작기법상 차이를 과학적으로 분석된 사례가 없기 때문에 날 끝이

* 본 논문은 국립문화재연구소 문화유산조사연구

(R&D) 뺷무기질문화재 보존처리 및 조

사뺸 연구과제의 일환으로 수행되었다

** 국립문화재연구소 문화재보존과학센터.

Corresponding Author: 이재성(metal@korea.kr, 042-860-9376)

제26호

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부채꼴 모양인 유견철부에 적용된 제작기법을 정확히 파악하기 어렵다. 따라서 울

산 하대고분군에서 출토된 유견철부와 단조철부를 대상으로 방사선 비파괴조사와

금속학적 분석을 실시하여 제작기법을 비교하였다. 방사선 비파괴조사를 실시하여

내부 구조를 확인한 결과 유견철부는 신부와 공부가 분리된 형태로 신부를 하나의

소재로 제작하고 여기에 공부를 결합하는 결합식 기법으로 파악되었다. 반면 단조

철부는 하나의 소재로 제작한 후, 공부를 접어 만드는 일체식 기법으로 확인되었다.

금속학적 분석을 통해 제작기법을 확인한 결과 유견철부 2점은 탈탄으로 인해 표면

과 내부를 향하는 미세조직의 경계가 확연히 나타났으며, 이 중 1점은 단접을 할 때

발생하는 산화스케일이 확인되어 공석강 소재를 순철과 단접하여 제작했음을 알 수

있다. 단조철부 3점은 모두 낮은 탄소 함량을 가지는 순철을 소재로 단조하여 제작

하였으며, 부분적으로 재질 강도가 필요한 부위에 열처리 공정을 실시하였다. 철부

의 미세조직 내에 포함된 비금속개재물의 성분을 분석한 결과 공통적으로 뷔스타이

트가 존재하였으며, 유물에 따라 파얄라이트 또는 유리질 슬래그가 확인되어 저온

환원법에 의한 괴련철이 기본 소재로 공급된 것으로 판단된다. 따라서 울산 하대고

분군에서 출토된 형태적 속성이 다른 유견철부와 단조철부는 각 형태 제작에 용이

한 제작기법을 다르게 적용하였으나, 공급된 소재는 모두 괴련철 소재를 사용한 것

으로 확인되었다.

주제어

유견철부, 단조철부, 미세조직, 단접, 제작기법

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

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I. 서론

철부(鐵斧)는 원삼국시대 분묘에서 보편적으로 부장되는 철제 공구이

자 무기이다

. 우리나라에서 발견된 가장 오래된 철부는 중국의 전국시

대와 관련된 주조품의 도끼이며

, 청동기시대 후기 유적에서는 청동유

물과 함께 이러한 중국제 도끼가 출토되고 있다

. 초기철기시대부터 제

작된 주조도끼는 중국 한나라의 영향으로 단조품으로 바뀌기 시작한

다

. 철부는 삼국시대 고분에서 다수 발견되고 있으며, 고구려의 고분벽

화에서 보이는 도끼의 경우 날의 너비가 넓고 도끼의 몸체에 직접 구멍

을 뚫어 자루를 박아 넣는 형식이 보이기도 한다

철부는 형태와 기능에 따라 단조철부

, 주조철부, 판상철부로 구분된

다

. 이 중 단조철부는 제련된 철 소재를 불에 달구고 두드려서 만든 도

끼를 말하며

, 주조철부에 비해 출현시기가 늦지만 서기 전후부터 지속

적으로 많은 양이 부장되었다

. 단조철부는 크기에 따라 용도 차이가 있

는 것으로 보이며

, 용도에 대해서는 안악 3호분의 벽화에 묘사된 것과

같이 무기의 가능성1도 일부 있지만 주로 벌채도구와 같은 목공구 또는

개간용 농기구로 사용되었을 것으로 추정되고 있다

.2 또한 철부의 공

부에는 목재의 흔적이 있는 것이 다수 확인되고 있으며

, 이를 통해 철

부가 단순 의기적인 성격의 도구가 아닌 기능적인 역할이 충분했을 것

으로 보고 있다

홍보식

, ｢농기구와 부장유형｣, 뺷한국고고학보뺸 44, 한국고고학회, 2001.

장기명

, ｢경주지역 원삼국시대 분묘의 철기 부장유형과 위계｣, 경북대학교 대학원 석사

학위논문

, 2014, 12쪽.

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철부에서 확인되는 주요 속성은 평면형태

, 공부 단면형태 등의 형태

적인 속성과 전체 길이

, 인부 두께, 인부 폭, 공부 폭 등의 계측적인 속

성이 있다

.4 단조철부의 경우 평면형태에 따라 제형, 장방형, 유견형,

세장방형

, 인부돌출형 등으로 구분되며, 공부 단면형태에 따라 장방형,

타원형

, 원형 등으로 분류된다.5

단조철부는 영남지역에서 사다리꼴

, 장방형, 유견형 등 다양한 형태

로 발견되나 중국이나 낙랑 지역 등 다른 지역에 비해 유견형이 다수

출토되고 있다

. 따라서 견부가 있는 유견철부의 경우 동부(銅斧)의 전통

을 이어 만든 영남지역 특유의 철부라 할 수 있다

. 현재까지 철부에 대

한 연구는 단조철부

, 주조철부, 판상철부 등을 대상으로 하는 연구가

중점적으로 진행되고 있어

, 세부적인 형태에 따른 철부를 대상으로 한

연구가 미비한 실정이다

. 특히, 유견철부를 대상으로 한 선행연구가 미

비하여 이에 대한 비교분석이 이루어지지 않아 유견철부에 적용된 제

작기술을 파악하는데 한계가 존재한다

. 따라서 유견철부의 제작기술

을 파악하기 위해서는 금속학적 분석을 실시하여 철기의 제련

, 제강,

열처리 등 가해진 공정을 추정하여야 하며

, 비파괴조사를 실시하여 육

안으로 확인할 수 없는 철부 내부의 제작기법을 파악할 수 있다

본 연구에서는 울산 하대고분

‘가’지구 목곽묘에서 출토된 유견철부

와 단조철부를 비파괴 조사 및 미세조직을 분석하여 재질의 특성과 제

작기법을 파악하고자 한다

. 또한 유견철부의 제작에 응용된 제작기술

전수진

, ｢연기 송담리․송원리 고분군 출토 철기 연구｣, 고려대 석사논문, 2013, 48쪽.

전수진

, 앞의 글, 2013, 47쪽.

장기명

, 앞의 글, 2014, 13∼14쪽.

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

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을 파악하여

, 이를 형태적 속성이 다른 단조철부와 비교분석을 통해 각

철부의 제작기법을 비교하고자 한다

II. 연구방법

1. 연구대상

울산 하대고분은 울산광역시 울주군 웅촌면 대대리의 중대마을에서

저리에 이르는 전 지역에서 유적이 광범위하게 형성된 고분군이다

. 백

두대간의 지맥인 낙동정맥을 따라 해발

150m 정도의 구릉이 남북으로

길게 이어지고 있으며

, 여기에서 동쪽으로 뻗은 낮은 구릉에 원삼국시

대부터 삼국시대에 이르는 분묘가 조성되어 있다

. 하대고분은 1991년

과

1992년 2차례에 걸쳐 부산대학교박물관에서 실시한 발굴조사를 통

해 덧널무덤

81기, 독널무덤 8기, 기타 유구 6기가 조사되었으며, 철기

류를 비롯한

1,500여 점의 유물이 출토되었다. 이 유적은 청동기시대에

서 삼국시대에 걸친 분묘(墳墓)와 취락(聚落)이 형성된 대규모 복합유적

이며

, 유적의 규모는 물론 내용 면에서도 울산지역의 최대유적으로 꼽

을 수 있다

. 또한 분묘의 형태와 출토유물의 변화에 따라 5단계로 구분

되는데 본 연구의 대상인 철부는

2호 목곽묘에서 3점, 41호 목곽묘에서

2점, 43호 목곽묘에서 1점이 출토되었으며, 이는 II단계와 III․IV단계

에 포함된다

. 41호 및 43호 목곽묘는 II단계로 구릉 정상부를 중심으로

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대형분이 축조되고

, 시기는 2세기 후엽부터 3세기 초에 해당하며, 2호

목곽묘는

III․IV단계로 묘광이 점차 길어져 세장방형으로 변화하고 시

기는

3세기 전엽에서 중엽에 해당한다. 울산 하대고분은 원삼국시대

후기를 편년하는 데 기준유적이 되고 있으며

, 출토유물이나 유구의 크

기 등으로 보아 이 고분군을 축조한 집단은 신라에 병합되기 전후 울산

지역의 최고 세력 집단으로 추정되고 있다

본 연구에서는 울산 하대고분

‘가’지구(地區)에서 출토된 유견철부 3

점과 단조철부

3점을 대상으로 시편을 채취하여 분석을 실시하였다.

선행연구에서는 철부에 견부가 있는 경우 견상형 철부

, 인부돌출형 철

부

, 유견철부 등으로 언급한 바 있으나, 세부적인 형태에 따라 분류 기

준이 불명확한 경향이 있다

. 따라서 본 연구에서는 발굴보고서에 따라

유견철부로 분류된 철부를 대상으로 견부가 있는 경우 유견철부라 지

칭하였으며

, 이를 비교 분석하기 위해 견부가 없는 단조철부 3점을 대

상으로 분석을 진행하였다

2. 분석방법

(1) 방사선 비파괴조사
필름을 사용하는 엑스레이 방사선촬영(X-ray radiography)은 유물을 방

사선원(Source)과 필름 사이에 놓고

, 시험체 밀도와 두께에 따라 관전압

(kVp)

, 관전류(mA), 노출시간(s)을 조절하여 엑스선으로 필름을 감광시

부산대학교 박물관

, 뺷울산 하대유적-고분I뺸, 1997, 66∼80쪽.

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

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키는 원리를 이용한다

. 필름의 흑색도는 X선의 강도에 따라 많은 방사

선이 투과되면 필름 상에 검게 나타나고 방사선이 적게 투과되면 흰 부

분으로 나타나는 차이가 있다

. 디지털 엑스레이 영상 촬영(X-ray com-

puted radiography, CR)

은 필름 대신 휘진성 발광체(PSL: Photo Stimulated

Luminescence)

를 도포한 이미지플레이트를 사용하여 유물을 투과하고

감쇄된

X선 에너지 정보를 디지털 데이터로 획득하는 방법이다. 기존

방사선 비파괴 진단법은 필름을 디지털카메라로 전환하는 과정에서

데이터의 손실과 변형이 발생되었으나

CR 방식은 이미지플레이트에

축적된

X선 정보를 레이더 리더기에서 직접 전환하여 고해상의 디지털

이미지를 얻을 수 있다

본 연구에서는 울산 하대고분 출토 철부의 내부 구조를 파악하여 제

작기법을 추정하기 위해

1차적으로 필름을 사용하는 엑스레이 방사선

촬영을 실시한 후

, 추가적으로 유견철부를 대상으로 디지털 X선 영상

촬영을 실시하였다

(2) 금속학적 분석
X선 투과조사를 통해 철부의 부식층과 잔존 금속심을 확인한 후, 철부

의 각 부위별로 날부위

, 신부, 공부에서 시편을 일부 채취하였다. 시편은

에폭시수지로 고정시켜 마운트하고 연마지는

#500, #1,000, #2,000 순으

로 연마하였다

. 이후 3㎛, 1㎛ 연마제를 사용하여 연마를 마무리하였다.

미세 연마된 시편은 조직 관찰이 용이하도록

Nital(+Ethyl

Alcohol) 3% 용액으로 에칭시켰다. 미세조직은 금속현미경(DMRBE, Leica,

제26호

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DEU)

을 이용하여 저배율에서 고배율로 관찰하였으며

, 비금속개재물은

주사전자현미경

-에너지 분산형 분광계(SEM: JSM-IT300, JEOL/EDS: X-Max,

Oxford, GBR)

를 이용하여 성분을 분석하였다

. 조직별로 경도 값이 필요한

경우 미세경도시험기(FM-700, Future-Tech, JPN)로 비커스 경도를 측정하여

경도에 따른 물성을 파악하였다

. 측정 하중은 100 gf로 10초간 실시하였

으며

, 3회 실시한 후 평균값으로 최종 경도값을 확인하였다.

III. 연구결과

1. 방사선 비파괴조사 결과

울산 하대고분 출토 철부

6점을 대상으로 제원조사를 실시한 후, X

선 투과조사를 통해 철부의 내부 구조를 파악하여 철부의 제작기법을

파악하였다

<표 1>. 분석조건은 관전압 200∼220kV, 관전류 0.3∼

0.5mA, 조사시간 30초의 조건으로 방사선 비파괴조사를 실시하였다.

No.1과 No.2 유견철부는 2호 목곽묘에서 출토되었으며, No.3 유견

철부는

41호 목곽묘에서 출토되었다. No.1와 No.3 유견철부는 길이가

각각

14.8cm, 15.8cm로 유사하나 No.2 유견철부는 11.5cm로 비교적

크기가 작은 편이다

. 유견철부 3점 모두 평면형태가 견부가 있는 형태

로

, 공부의 단면형태는 장방형이다. No.2 유견철부의 경우 날부위의

부식정도가 심해 평면형태를 판단하는데 어려움이 있으나

, 신부에서

날부위로 연결되는 부위에 견부가 존재하므로 유견형으로 판단되었다

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

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X선 투과 조사결과 유견철부 3점 모두 신부와 공부가 결합되는 부위에

빈 공간이 존재하여 분리된 형태임을 알 수 있다

신부와 공부의 결합부위에 대한 세부형태를 관찰하기 위해

No.1 유

견철부는

140kV, 2mA, 30초의 조건으로, No.2 유견철부는 120kV,

2mA, 30초의 조건으로 디지털 엑스레이 영상을 촬영하였다. <사진
1A>는 No.1 유견철부 전면의 X선 투과사진을 나타내며, <사진 1C>는

측면의

X선 투과사진이다. No.1 유견철부는 신부와 공부의 결합부위

에 빈 공간이 존재하며

, <사진 1C>의 결합 부위를 확대한 사진인 <사진

1D>와 같이 공부가 신부의 중단부까지 결합되어 있는 것을 확인할 수

있다

. <사진 1B>는 No.2 유견철부의 X선 투과사진으로 공부의 부식으

로 인해 제작기법을 추정하는데 한계가 존재하나

No.1과 유사하게 신

부와 공부가 분리된 형태가 확인된다

. 따라서 울산 하대고분에서 출토

된 유견철부

3점은 신부를 하나의 소재로 제작한 후, 단접 등 추가 공정

에 의해 공부를 결합하여 제작하는 결합식 기법으로 판단된다

2호 목곽묘에서 출토된 No.4 단조철부와 43호 목곽묘에서 출토된

No.6 단조철부는 평면형태가 세장방형, 공부의 단면 형태는 타원형이

며

, 길이는 각각 19.4cm, 21.8cm로 유사한 편이다. X선 투과 조사 결과

하나의 철 소재로 제작하고 공부를 구부린 일체형 구조가 확인된다

. 41

호 목곽묘에서 출토된

No.5 단조철부는 평면형태가 장방형, 공부의 단

면형태는 장방형이며

, 길이는 19.1cm이다. 공부를 구부려 제작한 다른

2점의 단조철부와 달리 No.5 단조철부는 공부의 형태가 일자형으로 되

어 있으나

, X선 투과 조사 결과 신부와 공부가 하나로 연결되어 있어 일

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172

체형 구조로 판단된다

<사진 1> 하대고분 출토 No.1 및 No.2 유견철부의 방사선 비파괴조사 결과

A: No.1 유견철부의 X선 투과사진(전면),
B: No.2 유견철부의 X선 투과사진(전면),
C: No.1 유견철부의 X선 투과사진(측면)
D: No.1 유견철부의 X선 투과사진(측면 확대사진)

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

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2. 금속학적 분석 결과

(1) No.1 유견철부
No.1 유견철부는 날부위, 신부, 공부에서 각각 시편을 채취하였으며,

분석위치는

<사진 2>와 같다. <사진 3A>는 날부위에서 채취한 시편의 미

세조직 사진으로 좌측은 표면 방향

, 우측은 내부 방향을 향한다. 날부위의

미세조직은 결정립 크기가 조밀한 페라이트와 펄라이트가 전체적으로 고

연번

평면
형태

공부
단면
형태

제원

유물 사진

X-ray 사진

길이

(mm)

무게

(g)

No.1

유견형

장방형

148.5

388.8

No.2

유견형

장방형

115.5

200.6

No.3

유견형

장방형

158.1

487.6

No.4

세장방형

타원형

194.5

1013.5

No.5

장방형

191.9

1026.4

No.6

세장방형

타원형

218.0

974.1

<표 1> 하대고분 출토 철부 제원조사 및 방사선 비파괴조사 결과

제26호

174

르게 형성되어 있으며

, 표면 방향인 좌

측으로 갈수록 페라이트 함량이 증가한

다

. <사진 3A>의 중단부를 확대한 사진

인

<사진 3A>의 ①은 비금속 개재물이

일련의 방향성을 가지고 있으며

, 부분

적으로

<사진 3A>의 ②와 같이 구상화

된 시멘타이트가 존재한다

. 구상화된 시멘타이트를 통해 날부위는 강을

소재로 공석온도인

727℃ 부근에서 단조작업을 수행했음을 추정할 수 있

다

. 날부위의 미세조직에 대한 비커스 경도를 측정한 결과 페라이트는 146

Hv, 펄라이트는 249Hv로 측정되었다.

<사진 3B>는 신부의 미세조직 전체를 보여주는 사진으로 외부를 향하

는 부분과 내부를 향하는 부분 사이에서

<사진 3B>의 ①과 같이 단접을

할 때 발생하는 단접선인 산화스케일이 형성되어 있다

. 단접선 기준으로

외부 측을 확대한 사진인

<사진 3B>의 ②는 탄소 함량이 낮은 페라이트

조직이 조대한 크기로 구성되어 있으며

, 내부 측을 확대한 <사진 3B>의

③

은 조밀한 페라이트와 펄라이트가 혼재되어 있다

. 산화스케일 주변으

로 비교적 조대한 페라이트가 존재하는 것은 제작 시 단접과정에서 탈탄

현상이 발생한 것으로 추정되며

, 이를 통해 공석강 소재를 순철과 단접하

여 제작한 것으로 판단된다

. 또한, <사진 3B>의 ②는 페라이트 결정립계

내 펄라이트가 존재하고 펄라이트의 시멘타이트는 고온에서 두드렸을

때 나타나는 구상화 시멘타이트가 일부 형성되어 있다

. <사진 3B>에서

표면 방향을 따라 비금속개재물이 일련의 방향성을 가지고 연신되어 있

<사진 2> No.1 유견철부의 분석위치

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

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어 단조 시에 접고 두드리는 과정을 여러 번 반복하여 실시함을 의미한다

비금속개재물 중 일부를 전자현미경으로 관찰한 사진인

<사진 3B>의 ④

를 보면 원형의 입자상을 가진 비금속개재물이 다량 확인된다

. SEM-EDS

로 성분 분석한 결과 ④에서 원형 입자상을 가진

1지점으로 표시한 부분

은

Fe와 O를 주성분으로 하는 뷔스타이트(FeO, wüstite)로 판단된다. 2지점

으로 표시된 바탕 부분은

Fe, Si, O, Ca, K, Al, Mg가 비교적 높은 함량으로

검출되는 유리질 슬래그(slag)이다

. 신부의 미세조직에 대한 비커스 경도

측정 결과 외부측에 해당하는 페라이트는

126Hv로 측정되었으며, 내부

측에 해당하는 페라이트와 펄라이트 내 구상화 시멘타이트는 각각

157Hv, 225Hv로 측정되었다.

<사진 3C>는 공부의 미세조직 사진으로 순철조직인 페라이트가 균

일하게 형성되어 있다

. 공부의 비커스 경도 측정결과 페라이트는

106Hv로 측정되었다.

No.1 유견철부는 높은 탄소 함량의 공석강으로 만들어진 신부와 탄

소 함량이 낮은 순철을 단접하여 제작하였다

. 날부위와 신부의 미세조

직에서 일부 존재하는 구상화된 시멘타이트와 신부에서 표면이 탈탄

되었다는 점에서 강을 소재로 공석온도인

727℃ 부근에서 단조되었다

는 것을 알 수 있으나 시멘타이트의 구상화가 완전히 이루어지지 않고

있어 장시간 단조 작업이 수행되지는 않은 것으로 보인다

.7 미세조직

에 포함된 비금속개재물에서 제련과정 중 환원되지 못한 철산화물인

이재성 외

, ｢안성지역 고려시대 유적에서 출토된 철제 못에 대한 제작기술 검토｣, 뺷문화

재과학기술뺸

11(2), 공주대학교 문화재보존과학연구소, 2012, 51쪽.

제26호

176

뷔스타이트가 확인되어 저온환원법에 의해 생산된 괴련철을 소재로

제작하였을 가능성이 존재한다

<사진 3> No.1 유견철부의 미세조직 분석결과

A: 날부위의 미세조직, B: 신부의 미세조직, C: 공부의 미세조직

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

177

(2) No.2 유견철부
No.2 유견철부는 X선 투과 조사

결과 부식으로 인해 날부위와 공부

의 금속심이 거의 잔존하지 않으나

시편 채취가 가능한 신부에서

<사

진

4>에 표시한 부분과 같이 시편 2

개를 채취하였다

. <사진 5A>는 신

부 내부에서 채취한 미세조직 사진으로 좌측에서 우측으로 갈수록 내

부를 향한다

. 신부 내부의 미세조직은 페라이트 바탕에 일부 펄라이트

가 혼재되어 있는 순철에 가까운 조직으로

, 표면 방향인 <사진 5A>의

①

에서 내부 방향인

<사진 5A>의 ②로 갈수록 페라이트의 결정립 크기

가 조대하게 형성되어 있다

. 신부 내부의 미세조직에 대한 비커스 경도

측정결과

<사진 5A> ①의 조밀한 페라이트는 102Hv, <사진 5A> ②의

조대한 페라이트는

101Hv로 측정되었다.

<사진 5B>는 신부 표면에 근접한 부분에서 채취한 시편으로 상부로

갈수록 표면에 근접하다

. 신부 표면의 미세조직은 전체적으로 탄소 함

량이 낮은 페라이트 조직으로 형성되어 있으며

, 표면에 근접할수록

<사진 5B>의 ①과 같이 침상의 과열조직인 비드만스태튼(Widmanstätten)

조직에 일부 펄라이트가 혼재되어 있다

. 신부 표면에 분포하고 있는 비

드만스태튼 조직은 페라이트가 오스테나이트입계와 입내 벽개면을 따

라 침상으로

존재하며, 일반적으로 1,100℃ 이상의 고온에서 가열된 후

서냉함으로서 나타나는 조직이다

. <사진 5B>의 중단부를 보면 비금속

<사진 4> No.2 유견철부의 분석위치

제26호

178

개재물이 길게 가로방향으로 분포하고 있어 표면에 집중 단타가 수행

되었음을 알 수 있다

. <사진 5B>의 ②는 <사진 5B>의 중앙에 위치한 비

금속개재물을 전자현미경으로 확대한 사진으로

, 서로 다른 형태의 3가

지 상이 확인된다

. 이를 성분분석한 결과 원형 입자상을 표시한 1지점

은

Fe와 O를 주성분으로 검출되어 뷔스타이트임을 확인하였다. 원형

입자상 주변에 길게 형성된 부분을 표시한

2지점은 Si, Fe, O, Ca, Al, K,

Na, Ti, S이 분석되었으며, 주성분으로 검출된 Si를 제외한 Fe, Ca, K, Al

등 성분의 함유랑이 유사한 것으로 보아 파얄라이트(Fe2SiO4, fayalite)로
판단된다

. 바탕 부분인 3지점은 주성분으로 Fe, Si, O, Ca, Al, K, Mg이

검출된 유리질 슬래그이다

. <사진 5B>의 경도를 측정한 결과 페라이트

<사진 5> No.2 유견철부의 미세조직 분석결과

A: 신부 내부의 미세조직, B: 신부 표면의 미세조직

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

179

조직의 평균 경도값이

102Hv로 측정되었다.

No.2 유견철부는 순철 정도의 낮은 탄소 함량을 가진 소재를 사용하

여 제작하였다

. 신부의 미세조직에서는 담금질과 같은 추가 열처리 흔

적을 찾을 수 없으나

, 철부 표면에 형태 제작을 위해 단조 작업이 수행

되었음을 확인하였다

. 미세조직에 포함된 비금속개재물은 뷔스타이트

(wüstite)

가 확인되며

, 이는 공급된 소재가 괴련철임을 나타낸다.

(3) No.3 유견철부
No.3 유견철부는 날부위, 신부,

공부에서 각각 시료를 채취하였으

며

, 분석 위치는 <사진 6>과 같다.

<사진 7A>는 날부위에서 채취한 시

편의 미세조직 사진으로 하부는 표

면 방향

, 상부는 내부 방향을 향한

다

. <사진 7A>의 중단부를 확대한 미세조직 사진인 <사진 7A>의 ①은

전체적으로 미세한 결정립의 페라이트가 분포하고 있다

. 시편의 표면

방향으로

<사진 7A>의 ②와 같이 일부 펄라이트와 고온에서 가열된 후

서냉할 때 나타나는 침상의 조직인 비드만스태튼이 혼재되어 있다

. 날

부위의 미세조직에 대한 비커스 경도를 측정한 결과 페라이트는

144Hv

로 측정되었으며

, 비드만스태튼 조직 내에 존재하는 펄라이트는 189Hv

로 확인되었다

<사진 7B>는 신부의 미세조직으로 좌측에서 우측으로 갈수록 표면

<사진 6> No.3 유견철부의 분석위치

제26호

180

을 향한다

. 신부의 미세조직은 전체적으로 탄소 함량이 낮은 순철에 가

까운 페라이트로 형성되어 있으며

, 결정립의 크기에 따라 <사진 7B>의

①

과 같이 조밀한 페라이트와 조대한 페라이트의 경계를 확인할 수 있

다

. 즉, 내부방향으로 갈수록 조밀한 페라이트와 펄라이트가 혼재되어

있으며

, 표면 방향으로 갈수록 조대한 페라이트와 일련의 방향성을 가

진 비금속개재물이 형성되어 있다

. 이를 통해 신부는 표면 쪽을 향해

집중 단타가 수행되었으며

, 그 주위로 탈탄 현상이 나타남을 알 수 있

다

. <사진 7B>의 ②는 신부 시편의 중단부에 존재하는 비금속개재물을

전자현미경으로 확대한 사진으로

, 원형에 가까운 입자를 표시한 1지점

은 주성분이

Fe와 O로 뷔스타이트로 확인된다. 바탕부를 표시한 2지점

은

Fe, Si, O, Ca, Al, K, Na 성분이 검출되었으며, 주성분이 Fe, Si인 파얄

라이트로 판단된다

. 신부 미세조직에 대한 비커스 경도 측정 결과 외부

측을 향하는 조대한 페라이트는

101Hv로 측정되었으며, 내부 측을 향

하는 조밀한 페라이트는

118Hv로 확인되었다. 신부 미세조직의 펄라

이트의 경도는

241Hv로 측정되었다.

<사진 7C>는 공부의 미세조직으로 탄소 함량이 낮은 순철에 가까운

페라이트 조직으로 구성되어 있으며

, 비금속개재물이 일련의 방향으

로 분포하고 있어 이 부분에 집중 단타가 수행됨을 추정할 수 있다

. 공

부의 비커스 경도 측정 결과 페라이트는

121Hv로 측정되었다.

No.3 유견철부는 비교적 낮은 탄소 함량의 아공석강으로 만들어진

신부와 순철 재질의 공부를 단접하여 제작한 것으로 판단된다

. 날부위

의 경우 다른 부위보다 탄소 함량이 높아 용도에 적합하도록 재질을 강

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

181

화시켰으며

, 신부에서 관찰되는 페라이트의 크기에 따른 경계는 단조

과정에서 발생한 탈탄 현상에 의한 것으로 판단된다

. 미세조직에 포함

된 뷔스타이트

, 파얄라이트 등을 통해 No.3 유견철부는 저온환원법에

의해 생산된 괴련철을 소재로 제작되었다

<사진 7> No.3 유견철부의 미세조직 분석결과

A: 날부위의 미세조직, B: 신부의 미세조직, C: 공부의 미세조직

(4) No.4 단조철부
No.4 단조철부는 날부위, 신부, 공부에서 각각 시편을 채취하였으며,

분석 위치는

<사진 8>와 같다. <사진 9A>는 날부위의 미세조직을 분석

한 금속현미경 사진으로 상부가 표면 방향

, 하부는 내부 방향을 향한

제26호

182

다

. 내부에 근접한 미세조직 사진

인

<사진 9A>의 ①은 페라이트 조

직 바탕에 미세한 펄라이트가 혼

재되어 있으며

, 표면에 근접한 미

세조직 사진인

<사진 9A>의 ②는

전체적으로 담금질처리를 통하여

형성되는 마르텐사이트 조직이 분포되어 있다

. 마르텐사이트 조직은

720℃ 이상의 온도에서 탄소를 포함한 철을 담금질하여 얻은 침상의

매우 단단한 강철조직이다

.8 마르텐사이트가 표면에 근접한 부분에만

분포하는 것은 철부의 날 부분 경도를 높이기 위해 급랭시키는 담금질

과정이 철부의 내부까지 제대로 미치지 않았기 때문으로 보인다

.9 날

부위의 미세조직 내 비커스 경도를 측정한 결과

, 페라이트는 138Hv, 마

르텐사이트는

450∼503Hv로 측정되었다. 이처럼 마르텐사이트의 경

도가 낮은 이유는 두꺼운 부식층 아래 잔존하는 마르텐사이트가 낮은

경도의 순철과 맞닿아 있기 때문에 순철의 영향으로 낮아졌거나

, 마르

텐사이트가 내부의 경계면에서 일어난 변태이므로 완전 변태가 이뤄

지지 않았을 가능성도 있다

<사진 9B>는 신부의 미세조직 사진으로 전체적으로 순철 조직인 페

라이트가 분포되어 있으며

, 페라이트 결정립 사이로 일부 펄라이트가

혼재되어 있다

. 표면 방향의 미세조직 사진인 <사진 9B> ①에 비해 내

정광용

, ｢三國時代의 鐵器製作技術硏究｣, 홍익대 박사논문, 2001, 79쪽.

임재경

, ｢2-6세기 포항지역의 철기제작기술 연구:포항 옥성리 고분군을 중심으로｣, 용인

대 석사논문

, 2008, 24쪽.

<사진 8> No.4 단조철부 분석위치

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

183

부 방향의 미세조직인

<사진 9B> ②의 결정립 크기가 조밀한 편이다.

신부의 비커스 경도 측정 결과 조대한 페라이트는

101Hv, 조밀한 페라

이트는

122Hv로 측정되었다.

<사진 9C>는 공부에서 채취한 미세조직 사진으로 전체적으로 미세

조직과 탄소 함량이 균일하게 나타났으며

, <사진 9C>의 중단부를 확대

한 사진인

<사진 9C>의 ①과 같이 탄소 함량이 낮은 페라이트로 구성

되어 있다

. 또한 비금속개재물이 일련의 방향성을 갖고 연신되어 있어

이 부분에 반복 단타과정이 수행됨을 알 수 있다

. 비금속개재물을

SEM-EDS로 성분분석한 결과, <사진 9C>의 ②에서 비교적 백색인 부분

을 표시한

1지점은 Fe와 O를 주성분으로 하는 뷔스타이트로 확인되었

다

. 바탕부를 표시한 2지점은 Fe, Si, O, Ca, K, Al, Mg, S의 성분이 검출

되었으며

, Ca, K 등 성분의 함유량이 비교적 높은 것으로 보아 광물에

가까운 유리질 슬래그로 보인다

. 공부의 미세조직을 경도 측정한 결과

페라이트는

102Hv로 측정되었다.

No.4 단조철부는 탄소 함량이 낮은 순철로 제작한 후, 날부위의 재

질을 강화시키기 위해 담금질을 추가로 적용하였다

. 담금질 조직인 마

르텐사이트를 날 부위에 국한시키고

, 그 이외의 부위에는 연성이 높은

페라이트나 펄라이트 등 서냉 조직이 형성되게 할 경우 그 수명이 연장

됨은 물론 성능 면에서도 우수한 제품을 생산할 수 있다

.10 No.4 철부

의 비금속개재물은 뷔스타이트 등이 포함된 것으로 보아 저온환원법

을 통해 생산된 괴련철이 기본 소재로 공급된 것으로 보인다

정광용

, 앞의 글, 2001, 23쪽.

제26호

184

(5) No.5 단조철부
No.5 단조철부는 <사진 10>에

표시한 분석위치와 같이 날부위

신부

, 공부에서 각각 시편을 채취

하였다

. <사진 11A>는 날부위의

미세조직 전체를 보여주는 사진

으로 상부가 표면 방향

, 하부는 내부를 향한다. 날부위의 표면방향은

<사진 11A>의 ①과 같이 공석강 정도의 탄소 함량을 가진 페라이트와

펄라이트가 전체적으로 고르게 분포되어 있으며

, 내부방향인 하부는

<사진 9> No.4 단조철부의 미세조직 분석결과

A: 날부위의 미세조직, B: 신부의 미세조직, C: 공부의 미세조직

<사진 10> No.5 단조철부 분석위치

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

185

<사진 11A>의 ②와 같이 페라이트 바탕에 일부 펄라이트가 혼재되어

있다

. 날 부위에서는 펄라이트 조직이 나타나고 내부로 갈수록 탄소 함

량이 낮은 페라이트 조직이 나타나는데 이는 침탄가공을 통해 날 부위

의 강도를 높인 것으로 판단된다

.11 전체적으로 비금속개재물이 층상

으로 길게 연신되어 있는데

, 이는 단조 과정을 여러 번 반복하여 실시

함을 의미한다

. 날부위의 미세조직에 대한 비커스 경도를 측정한 결과

페라이트와 펄라이트는 각각

134Hv, 292Hv로 측정되었다.

<사진 11B>는 신부의 미세조직 사진으로 조직 전체가 탄소 함량이

낮은 순철에 가까운 페라이트 조직으로 구성되어 있으며

, 일부 펄라이

트 조직이 혼재되어 있다

. <사진 11B>의 ②는 <사진 11B> ①에 존재하

는 비금속개재물을 전자현미경으로 관찰한 사진이다

. SEM-EDS로 성

분 분석한 결과 비교적 백색인 원형 입자상을 표시한

1지점은 주성분

으로

Fe가 검출되었으며, 미량성분으로 Ca, Si, Mg, Ti, K 등이 확인되어

뷔스타이트로 추정된다

. 바탕부를 표시한 2지점은 Si, Fe, O, K, Ca, Al,

Ti의 성분이 검출되어 유리질 슬래그로 판단된다. 신부의 비커스 경도

를 측정한 결과 페라이트는

102Hv, 펄라이트는 256Hv로 측정되었다.

<사진 11C>는 공부의 미세조직 사진으로 표면 방향이 상부, 내부방

향이 하부를 향한다

. 표면을 향하는 미세조직을 확대한 사진인 <사진

11C>의 ①은 탄소 함량이 약 0.77% 정도의 펄라이트 조직이 존재하며,

펄라이트 결정립계를 따라 침상의 페라이트 조직이 섞여있다

. 내부를

향하는 하부를 확대한 사진인

<사진 11C>의 ②는 페라이트가 과열된

임재경

, 앞의 글, 2008, 38쪽.

제26호

186

뒤 서서히 냉각될 때 오스테나이트 입계를 따라 침상으로 석출되는 비

드만스태튼 조직으로 구성되어 있다

.12 하부에서 탄소 함량이 낮은 조

직이 나타나다가 상부로 갈수록 공석강에 가까운 조직으로 변하는 것

은 필요 부위의 경도를 높이기 위해 상부에 침탄 처리를 한 것으로 판

단된다

. 공부의 비커스 경도를 측정한 결과 페라이트와 펄라이트의 평

균 경도값은 각각

101Hv, 218Hv로 측정되었다.

No.5 단조철부는 낮은 탄소 함량을 가진 순철을 소재로 단조하여 제

작하였으며

, 날부위와 공부의 강도를 높이기 위해 집중적으로 침탄가

공을 거친 것으로 판단된다

. 또한 미세조직에 포함된 비금속개재물에

서 뷔스타이트 등이 확인되어

No.5 단조철부의 제작에는 저온환원법

에 의해 공급된 괴련철이 소재로 공급되었음을 알 수 있다

김미도리

, ｢동래 복천동고분군 출토 철기제작기술 연구｣, 용인대 석사논문, 2005, 23쪽.

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

187

(6) No.6 단조철부
No.6 단조철부는 날부위,

신부

, 공부에서 각각 시편을

채취하여 분석하였으며

, 분

석 위치는

<사진 12>와 같

다

. <사진 13A>는 날부위에

서 채취한 시편을 금속현미경으로 분석한 사진으로

, 조직 전체가 페라

<사진 11> No.5 단조철부의 미세조직 분석결과

A: 날부위의 미세조직, B: 신부의 미세조직, C: 공부의 미세조직

<사진 12> No.6 단조철부 분석위치

제26호

188

이트와 펄라이트가 혼재하고 있는 아공석강으로 이루어져 있다

. <사진

13A>의 ②은 <사진 13A> ①의 중앙에 확인되는 비금속개재물을 전자

현미경으로 관찰한 사진이며

, 이를 SEM-EDS로 성분을 분석하였다. 원

형 입자상을 표시한 부분인

1지점은 주성분으로 Fe, O가 확인되어 뷔

스타이트로 판단되며

, 미량성분으로 Si, Ca, Al, K 등이 검출되었다. 바

탕부를 표시한

2지점은 Si, Fe, O, Ca, Al, K, Mg, Na 등이 성분으로 확인

되었다

. 날부위의 미세조직 내 비커스 경도를 측정한 결과 페라이트는

148Hv, 펄라이트는 308Hv로 측정되었다.

<사진 13B>는 신부의 미세조직을 보여주는 사진으로 좌측이 외부방

향으로 향하고 우측이 내부방향을 향한다

. 외부 방향의 미세조직을 확

대한 사진인

<사진 13B>의 ①은 전체적으로 펄라이트 조직으로 구성

된 약

0.77% 정도의 탄소 함량을 가진 공석강에 가까운 조직이다. 내부

로 갈수록 탄소 함량이 감소하여 페라이트의 비율이 높아지며

, 조밀한

펄라이트와 침상의 과열 조직인 비드만스태튼 조직이 혼재되어 있다

내부 방향의 미세조직을 확대한 사진인

<사진 13B>의 ②는 탄소 함량

이 낮은 순철 조직인 페라이트가 조밀하게 형성되어 있으며

, 원형에 가

까운 비금속 개재물이 산재하고 있다

. 신부의 비커스 경도를 측정한 결

과 페라이트는

105Hv, 펄라이트는 218Hv로 측정되었다.

<사진 13C>는 공부의 미세조직 사진으로 전체적으로 탄소 함량이

비교적 높지 않은 페라이트 조직이 존재하며

, 펄라이트와 침상의 과열

조직인 비드만스태튼 조직이 혼재되어 있다

. 부분적으로 비금속 개재

물이 횡방향으로 연신되어 있어 반복 단타가 수행됨을 알 수 있다

. 공

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

189

부의 비커스 경도 측정 결과 페라이트와 펄라이트의 평균 경도값은 각

각

109Hv, 230Hv로 측정되었다.

No.6 단조철부는 탄소 함량이 낮은 순철에 가까운 소재로 단조하여

제작하였다

. 철부 표면에 형태 가공을 위해 단조 작업이 수행되었으며,

이 외에 추가 공정은 확인되지 않았다

. 이 철부 제작에 공급된 소재는

저온환원법에 의해 생산된 괴련철을 소재로 제작함을 확인하였다

<사진 13> No.6 단조철부의 미세조직 분석결과

A: 날부위의 미세조직, B: 신부의 미세조직, C: 공부의 미세조직

제26호

190

IV. 고찰

철부는 원삼국시대 분묘에서 보편적으로 부장되어 왔으며

, 크기와

형태에 따라 용도의 차이가 있으나 목공구

, 농기구 또는 무기의 사용

가능성까지 고대 생활 속에서 다방면으로 존재한다

. 철부에 대한 연구

는 현재 형태와 기능에 따라 단조철부와 주조철부

, 판상철부를 대상으

로 한 연구가 중점적으로 진행되어 왔으며

, 철기의 미세조직에 나타난

양상은 제작에 적용된 기술을 보여주는 것으로 이를 통해 제련

, 제강,

열처리 등 가해진 공정을 파악할 수 있다

.13 그러나 철부에서도 형태적

속성

, 계측적 속성 등에 따라 철부의 종류가 세분되고 있으며, 이에 대

한 구체적인 연구를 진행한다면 용도나 형태에 따른 철기의 제작기술

양상을 파악할 수 있다

울산 하대고분군에서 출토된 유견철부

3점과 단조철부 3점을 X선

투과조사를 실시한 결과 유견철부는 신부와 공부 사이에 빈 공간이 존

재하여 분리된 형태이며

, 단조철부는 하나로 이루어진 일체형으로 확

인되었다

. 선행연구에서 단조철부의 제작기법을 <사진 14>와 같이 결

합식(A)

, 결합식(B), 일체식으로 정리하였으며, 이를 본 연구에 적용하

였다

.14 하대고분군에서 출토된 유견철부는 공부를 신부의 중단부까지

유재은 외

, ｢김포시 양촌유적 출토 철검에 적용된 제작기술｣, 뺷문화재과학기술뺸, 11(2),

공주대학교 문화재보존과학연구소

, 2012, 19쪽.

장기명

, 앞의 글, 2014, 13쪽; 村上恭通, ｢金屬器製作の復元-鐵器․靑銅器をに-｣, 뺷ものづくり

の

考古學

-原始․古代の人の知惠と工夫-뺸, 東京美術, 2001; 김상민, ｢西南部地域鐵斧의 型式과

變遷

-原三國∼三國時代資料를 中心으로-｣, 뺷연구논문집뺸 6, 호남문화재연구원, 2006.

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

191

결합하는

<사진 14>의 결합식(A) 기법으로 제작하였으며, 단조철부는

하나의 소재를 제작한 후 공부를 접어 만드는 일체식 기법으로 제작한

것으로

판단된다.

특히 유견철부는 신부와 공부의 결합부위가 분리된 형태로 신부를

하나의 소재로 제작한 후

, 공부를 결합시키기 위해 단접 등 추가 공정

에 의한 접합 흔적이 존재한다

. 단접은 탄소 함량이 서로 다른 소재를

서로 접합하여 각 부위별 기능에 따라 강도를 조절하는 방법이다

.15 선

행연구에서 진행된 단접 재현실험의 경우 순철과

0.15%C의 탄소강을

단접한 결과 단접 부위에서 산화스케일과 그 주위로 탈탄 현상이 발생

하였으며

, 이러한 탈탄 현상은 강의 열처리에 있어 강 표면에 산화스케

일을 형성시키는 조건하에 일어난다는 연구가 있다

.16 이와 같은 제작

방법이 적용된 사례로는 대전 월평산성 화살촉과 부여성에서 출토된

단조철부

, 용인 임진산성 출토 철모, 백제시대 도끼와 화살촉 등에서

단접흔적이 발견된 바 있다

. 특히, 월평산성 화살촉은 탄소함량이 낮은

순철과 아공석강을 단접하여 단접선에 산화물이 발생하였는데

, 이는

하대고분 출토

No.1 유견철부와 유사성을 보인다. 단접기술의 응용은

최광진

, ｢鐵器 및 靑銅器遺物製作에 관한 考古金屬學的硏究｣, 홍익대 박사논문, 2003, 83쪽.

정광용

, 앞의 글, 2001, 57쪽.

결합식(A)

결합식(B)

일체식

<사진 14> 단조철부의 공부 결합기법(부토 2001, 김상민 2006, 장기명 2014)

제26호

192

근본적으로는 강의 생산에 기인하겠지만

, 한편으로는 강도와 인성이

요구하는 부분에는 강을 사용하였고

, 가공과 소성변형이 요구되는 부

위에는 순철을 사용한 것으로 보인다

.17 따라서 울산 하대고분 출토 유

견철부는 강도를 위해 내부에 강을 소재로 제작한 후

, 가공과 소성변형

을 위해 탄소 함량이 낮은 순철을 표면에 단접한 것으로 판단된다

<표 2>는 울산 하대고분군 출토 철부 6점을 금속학적으로 분석한 결

과이다

. No.1와 No.3의 유견철부는 비교적 유사한 분석 결과를 보였

다

. 먼저 날부위는 신부나 공부에 비해 높은 탄소 함량을 포함하고 있

으며

, 이는 날부위의 강도를 높인 것으로 판단된다. 신부에서는 표면과

내부를 향하는 미세조직의 경계가 존재하고 그 주위로 탈탄현상으로

인해 확연히 나타나 이를 통해 단접하여 제작함을 알 수 있다

. 특히

No.1 유견철부는 단접을 할 때 존재하는 산화스케일이 확인되고 그 주

위로 탈탄이 발생하여 공석강 소재를 순철과 단접하여 제작하였다

No.2 유견철부의 경우 탈탄이 발생한 다른 2점의 유견철부와 다르게

순철을 형태 가공하여 제작한 것 외에 다른 추가 공정의 흔적은 확인되

지 않았다

. No.1와 No.3의 유견철부는 길이는 약 15cm로 서로 유사하

지만

No.2 유견철부는 약 11cm로 두 점에 비해 다소 작은 편이다. 즉

유견철부

3점은 공통적으로 견부를 가진다는 형태적 유사성을 가지나

No.2 유견철부가 다른 두 점에 비해 상대적으로 작다는 차이점도 가진

다

. 그러므로 크기의 차이에 따라 서로 다른 용도의 제작기법이 적용되

었을 가능성이 있다

. 하지만 유견철부 제작에 공급된 원소재가 저온환

정광용

, 앞의 글, 2001, 58쪽.

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

193

연번

분석위치

미세조직

소재

제작방법

유물 사진

No.1

날부위

페라이트, 펄라이트,

구상화 시멘타이트

공석강

단조(형태가공)

신부

페라이트, 펄라이트,

구상화 시멘타이트

공석강

단조(형태가공)

→

탈탄

페라이트

(일부 펄라이트,

구상화 시멘타이트)

순철

공부

페라이트

순철

단조(형태가공)

No.2

신부A

페라이트

(일부 펄라이트)

순철

단조(형태가공)

신부B

페라이트, 비드만스태튼

(일부 펄라이트)

No.3

날부위

페라이트, 펄라이트,

비드만스태튼

아공석강

단조(형태가공)

신부

페라이트

(일부 펄라이트)

단조(형태가공)

→

탈탄

공부

페라이트

순철

단조(형태가공)

No.4

날부위

페라이트, 펄라이트,

마르텐사이트

순철

단조(형태가공)

→

담금질

신부

페라이트

(일부 펄라이트)

단조(형태가공)

공부

페라이트

(일부 펄라이트)

단조(형태가공)

No.5

날부위

페라이트, 펄라이트

순철

단조(형태가공)

→

침탄

신부

페라이트

(일부 펄라이트)

단조(형태가공)

공부

페라이트, 펄라이트,

비드만스태튼

단조(형태가공)

→

침탄

No.6

날부위

페라이트, 펄라이트

순철

단조(형태가공)

신부

페라이트, 펄라이트,

비드만스태튼

단조(형태가공)

공부

페라이트, 펄라이트,

비드만스태튼

단조(형태가공)

<표 2> 울산 하대고분군 출토 유견철부 및 단조철부의 미세조직 분석 결과

제26호

194

원법으로 생산된

괴련철이기 때문에 원소재에 포함된 불균질한 탄소

함량의 영향일 가능성도 충분히 있다

. 단조철부 3점은 모두 순철정도

의 낮은 탄소 함량을 가진 소재로 단조하여 제작하였으며

, 부분적으로

필요 부위에 따라 추가 공정을 실시하였다

. No.4 단조철부는 날부위에

강도를 높이기 위해 담금질 등 추가 열처리를 수행되었으며

, No.5 단조

철부는 날부위와 공부에 강도와 인성을 부여하고자 침탄 공정이 실시

되었다

. 따라서 울산 하대고분에서 출토된 서로 다른 평면형태를 가지

는 유견철부와 단조철부는 각 형태에 맞게 용이하게 제작되어 제작기

법이 상이하였음을 알 수 있다

유견철부를 분석한 연구는 미비한 편이나 단조철부와 관련된 선행

연구에서 본 연구와 형태적 속성이 유사한 사례를 조사하였다

. 무안 인

평고분군에서 출토된 철부

1점은 날부위와 신부 표면의 미세조직이 페

라이트

, 펄라이트, 마르텐사이트 조직으로 구성되어 있으며, 제작 시

괴련철을 단조하여 침탄한 후 담금질하여 제작한 것으로 보고하였

다

.18 이 철부의 경우 날부위에서 침탄 후 가공이 이루어질 때 결정립

이 미세화되는 동시에 탈탄이 발생하였다

. 이러한 현상은 수원 꽃뫼 유

적에서 출토된 철부

1점에서도 유사하게 나타난다. 이 유적의 철부는

탄소 함량이 낮은 저탄소강을 소재로 사용하여 성형 후 침탄처리하고

재가공하는 과정에서 표면 일부에서 탈탄 현상이 나타났다

.19 울산 하

이재성 외

, ｢영산강유역 출토 철기유물의 미세조직 분석｣, 뺷보존과학회지뺸 18, 한국문

화재보존과학회

, 2006, 37∼50쪽.

유재은 외

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립문화재연구소

, 2002, 133∼137쪽.

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

195

대고분과 출토지가 유사한 동래 복천동 고분군에서 출토된 철부

1점은

날부위에서 펄라이트

, 마르텐사이트, 공부는 페라이트로 구성되어 있

으며

, 성형 후 침탄하고 담금질하여 제작한 것으로 보고하였다.20 하지

만 선행 연구된 유견철부의 분석 사례는 본 연구에서 다룬 부채꼴 모양

의 날부위를 가진 유견철부와는 형태적으로 차이를 보이므로 직접적

인 비교는 어렵다

현재까지 분석된 유견철부는 지역과 시대의 차이가 존재하고 철부

의 제작기법 중 단접 흔적을 확인할 수 있는 신부의 미세조직에 대한

분석결과가 미비하여 유견철부의 제작기술을 종합적으로 판단하는데

한계가 존재한다

. 따라서 추후 철부의 평면형태에 따라 세부적인 연구

가 지속된다면 철부의 용도나 부위에 따른 제작기술체계를 파악할 수

있다고 판단된다

고대의 철기유물은 현재의 철기와는 달리 내부에 이물질인 비금속

개재물을 다량 함유하고 있는 경우가 많다

. 이는 과거의 제련 및 정련

방법이 현재의 선철을 채취해 제작하는 방법과는 달리 고체저온환원

법에 의해 제련되었기 때문이다

.21 철의 용융온도인 1539℃까지 온도

를 올리기 어려웠던 고대에는 목탄과 함께

1000℃ 가량의 저온에서 반

고체 상태로 철을 환원시켜 비교적 순수하나 재질이 치밀하지 못한 철

괴를 만들어 낸 후

, 단조과정을 거쳐 불순물이 많이 포함되어 있는 연

철을 생산하였다

.22 이와 같이 고체저온환원법 또는 괴련법에 의해 생

김미도리

, 앞의 글, 2005, 38∼41쪽.

하수완

, ｢철제유물의 비금속개재물에 관한 연구:양동리 출토 철제유물을 중심으로｣, 용

인대 석사논문

, 2008.

제26호

196

산된 철을 괴련철이라 하며

, 비금속개재물의 성분을 분석하면 과거에

적용되었던 제작 방법을 유추할 수 있다

최종택 외

, 뺷삼국시대 철기연구-미세조직분석을 통해 본 철기 제작기술체계뺸, 서울대학

교 박물관

, 2001.

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

197

연번

비금속개재물

SEM 사진

EDS 스펙트럼 1

EDS 스펙트럼 2

개재물 구성

및 특징

No.1

1. wüstite

2. 유리질 slag

No.1 유견철부(x3000)

Fe, O, Ca, Si

Fe, Si, O, Ca, K, Al, Mg

No.2

1. wüstite

2. fayalite

3. 유리질 slag

No.2 유견철부(x3000)

Fe, O, Al

Si, Fe, O, Ca, Al, K, Na, Ti, S

No.3

1. wüstite

2. fayalite

No.3 유견철부(x3000)

Fe, O

Fe, Si, O, Ca, Al, K, Na

No.4

1. wüstite

2. 유리질 slag

No.4 단조철부(x3000)

Fe, O

Fe, Si, O, Ca, K, Al, Mg, S

No.5

1. wüstite

2. 유리질 slag

No.5 단조철부(x3000)

Fe, O, Ca, Si, Mg, Ti, K

Si, Fe, O, K, Ca, Al, Ti

No.6

1. wüstite

2. 유리질 slag

No.6 단조철부(x3000)

Fe, O, Si, Ca, Al, K

Si, Fe, O, Ca, Al, K, Mg, Na

<표 3> 울산 하대고분군 출토 유견철부 및 단조철부의 비금속개재물 성분분석 결과

제26호

198

<표 3>은 울산 하대고분 출토 철부 6점의 미세조직 내에 포함된 비

금속개재물을 전자현미경과

SEM-EDS로 분석한 결과이다. 유견철부와

단조철부에 포함된 비금속개재물의 구성물은 공통적으로 철산화물에

가까운 뷔스타이트가 존재하였으며

, 유물에 따라 파얄라이트 또는 유

리질 슬래그가 확인되었다

. 이를 통해 제련과정에서 제거되지 않은 슬

래그 일부가 존재하는 것은 철부를 제작 시 저온환원법에 의해 괴련철

을 생산하여 이를 기본 소재로 제작하였을 것으로 판단된다

. 따라서 울

산 하대고분에서 출토된 유견철부와 단조철부의 소재가 공통적으로

공급된 소재로 괴련철을 사용하였다

V. 결론

울산 하대고분군에서 출토된 유견철부

3점과 단조철부 3점을 대상

으로 방사선 비파괴조사 및 금속학적 분석을 실시하여 제작기법과 재

질 특성을 파악하였으며

, 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 방사선 비파괴 조사방법으로 확인한 유견철부의 제작기법은 신부

를 하나의 소재로 제작한 후

, 공부를 단접 등 추가 공정을 통해 결합하

는 결합식 기법이 사용되었다

. 단조철부의 제작기법은 하나의 소재로

울산 하대고분군 출토 유견철부의 공부 결합기법과 재질 특성 분석

199

제작한 후

, 공부를 구부려 만드는 일체식 기법으로 제작되었다. 즉 울

산 하대고분군에서 출토된 철부는 하나의 제작기법이 아닌 형태와 용

도에 따라 상이한 제작기법이 수행되었음을 알 수 있다

2. No.1과 No.3 유견철부는 표면과 내부를 향하는 미세조직의 경계

가 탈탄 현상으로 인해 확연히 나타났다

. 특히 No.1 유견철부는 단접

할 때 발생하는 산화스케일이 존재하고 그 주위로 탈탄 현상이 발생하

여 공석강 소재를 순철과 단접하여 제작하였음을 알 수 있다

. No.2 유

견철부는 순철을 형태가공하여 제작한 것 외에 추가 공정이 확인되지

않았다

. 이는 No.2 유견철부가 다른 유견철부에 비해 상대적으로 크기

가 작다는 형태적 특징을 고려하면

, 철부의 용도에 따른 기능적 차이가

존재하여 제작기법이 상이할 가능성이 있다

. 그러나 공급된 소재가 괴

련철일 가능성이 있으므로 불균질한 탄소 함량의 영향일 수도 있다

. 단

조철부는 탄소함량이 낮은 소재로 단조하여 제작하였으며

, 부분적으

로 필요 부위에 따라 담금질

, 침탄처리 등 추가 공정이 수행되었다. 따

라서 울산 하대고분군에서 출토된 서로 다른 형태를 가진 유견철부와

단조철부는 각각의 형태 제작에 용이한 서로 다른 제작기법이 적용되

었다

3. 유견철부와 단조철부의 미세조직에 포함된 비금속개재물을 성분

분석한 결과 공통적으로 원형 입자상인 뷔스타이트가 존재하였으며

유물에 따라 침상 형태의 파얄라이트 또는 유리질 슬래그가 확인되었

제26호

200

다

. 이는 제련과정에서 불순물이 완전히 제거되지 않은 것으로 보아 저

온환원법으로 생산된 괴련철의 사용 가능성을 보여준다

본 연구에서는 동일 유적지에서 출토된 유견철부를 집중 분석하여

단접 기술이 적용된 공부 결합기법의 실증적 자료를 확보했다는 점에

서 의의가 크며

, 향후 영남권 및 타지역에서 출토되는 부채꼴 모양의

유견철부 연구에 활용될 것으로 기대한다

201

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203

Abstract
A Study of Manufacturing Techniques and Forge Welding of
Fan-shaped Iron Axes Excavated from Ancient Tombs in Hadae,
Ulsan
Min, Sang-A ․ Jo, Ha-Nui ․ Lee, Jae-Sung Cultural Heritage Conservation Science Center, National

Research Institute of Cultural Heritage

This study intends to research on metallurgical characteristics and manufacturing tech-

niques of the fan-shaped iron axe and forged iron axe excavated from ancient tombs in
Hadae, Ulsan conducting the non-destructive testing and metallographical analysis. Based
on the observation of internal structures, it was identified the heads of fan-shaped axes
with the axe cheek and the axe eye which is the hole where the haft is mounted were produced
by the combination technique manufacturing the axe cheek with one material and then
connecting it with the axe eye while the heads of forged iron axes were produced by the
single-piece technique manufacturing the axe head as a single piece with one material and
then folding it to make the axe eye. The results of metallographical analysis confirmed
that the manufacturing techniques of fan-shaped axe shows the boundary of microstructure
between the surface and the inside due to de-carburization. One of these fan-shaped axe
was confirmed the oxide scale that occurs when forging welding, so it was manufactured
by forge welding with eutectoid steel and pure iron. The three of forged iron axe were manu-
factured by forging from pure iron, which had the low carbon content. Also, according
to the required parts, additional processes were partially carried out. The components of
nonmetallic inclusion contained the microstructure of iron axe shows wüstite commonly.
From fayalite or glassy slag found in the iron axe, it is judged that axes were manufactured
with iron bloom by means of the low temperature reduction process of solid. As a result,
it was identified that in the case of the fan-shaped axes and forged iron axes with different
form excavated from ancient tombs in Hadae, Ulsan, the manufacturing techniques easy
to make each shape were applied and material supplied for the production was identical.

Keywords Fan-shaped iron axe, Forged iron axe, Microstructure, Forge welding,

Manufacturing techniques

논문 투고일 : 2020.09.20 심사 완료일 : 2020.11.02 게재 확정일 : 2020.11.03